高比能量、長壽命的鉛酸電池透孔極板及所組成的鉛酸電池的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開一種高比能量、長壽命的鉛酸電池的透孔極板及所組成的鉛酸電池，其中透孔極板包括板柵，板柵上設(shè)有若干填充活性物質(zhì)柵格，柵格內(nèi)形成透孔，且透孔的面積為單格活性物質(zhì)面積的10％－30％。本實(shí)用新型在保持正負(fù)極鉛膏視比重，讓極板足夠結(jié)實(shí)而多孔的前提下，為了提高活性物質(zhì)的利用率，在極板涂膏到快速干燥的過程中，讓極板的板柵小格中間留下空洞，這就大大增加了極板的表面積，從而提高了極板的活性物質(zhì)利用率，組裝成的鉛酸電池，使用壽命延長一倍以上。
【專利說明】
高比能量、長壽命的鉛酸電池透孔極板及所組成的鉛酸電池
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實(shí)用新型公開一種高比能長壽命的鉛酸電池透孔極板及所組成的鉛酸電池，按 國際專利分類表(IPC)劃分屬于鉛酸電池制造技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 鉛酸二次電池將近160年的歷史一直沒有被淘汰，近年來，新型電池不斷出現(xiàn)且被 廣泛應(yīng)用，例如:鎳鎘電池、鎳氫電池、鋰離子電池、燃料電池等等，每種電池都有自己的特 點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)，但都不能取代傳統(tǒng)的鉛酸電池。主要的原因是鉛酸使用安全性高，價(jià)格低廉，單 體電壓高僅次于鋰離子電池。因此，到目前為止，所有的汽車、摩托車、輪船等交通工具的起 動(dòng)型電池都使用鉛酸電池。隨著太陽能電池的大規(guī)模推廣應(yīng)用，太陽能儲(chǔ)能所需要的電池 大部分都是鉛酸電池。UPS電源、儲(chǔ)能電池大部分都使用鉛酸蓄電池。
[0003] 鉛酸蓄電池最大的缺點(diǎn)是比能量低，體積比能量不到磷酸鐵鋰電池的一半，重量 比能量不到鋰電的三分之一，主要原因是，鉛酸蓄電池的活性物質(zhì)利用率低，在動(dòng)力型電池 當(dāng)中，正板的活性物質(zhì)利用率只有30%，負(fù)板的活性物質(zhì)利用率只有36%。儲(chǔ)能和固定性鉛 酸電池的利用率更低。為了提高正負(fù)極活性物質(zhì)的利用率，行業(yè)專家們想辦法提高極板活 物質(zhì)的孔徑和孔率。正極板常用的方法是降低鉛膏視比重，提高含酸量或者添加成孔劑。這 些方法都能提高或物質(zhì)的利用率，但循環(huán)充放電后，活性物質(zhì)的空間骨架就會(huì)坍塌，活性物 質(zhì)出現(xiàn)軟化、泥化現(xiàn)象造成正極壽命終止。提高負(fù)極活性物質(zhì)利用率的方法和正極類似，通 過增加硫酸鋇、乙炔黑、腐殖酸、木素、炭黑等添加劑的含量，讓負(fù)極的孔徑更大，孔率更 多。和正極類似的原理，但負(fù)極添加劑增加后，活物利用率得到提高，電池容量增加，但活物 空間骨架結(jié)構(gòu)就會(huì)變得不穩(wěn)定不可靠，甚至造成負(fù)極活性物質(zhì)的粉末化，導(dǎo)致壽命終止。
[0004] 另外一個(gè)影響鉛酸電池壽命的主要原因是，正極在充放電過程中，活性物質(zhì)膨脹、 收縮，造成板柵和鉛膏的脫離或者板柵斷裂，電池壽命終止。
[0005] 為了解決上述問題，行業(yè)專家們使用各種各樣的辦法，都很難在容量與壽命這一 對(duì)矛盾中找到理想的解決方案。申請(qǐng)?zhí)?01410300338.9文獻(xiàn)提到一種設(shè)備：蓄電池正極板 扎孔裝置，包括底板和壓在底板上的壓板，所述底板上設(shè)有與蓄電池正板柵外輪廓相同的 型腔，所述壓板上與正板柵的每個(gè)柵格對(duì)應(yīng)的區(qū)域內(nèi)插設(shè)有扎針，所述扎針的針尖向下且 露出壓板的反面，所述底板上設(shè)有定位桿，壓板上設(shè)有供定位桿配合插入的定位孔。該設(shè)備 用機(jī)械的方法給極板扎孔，被扎孔的位置，極板孔徑增加，但壓縮附近的孔徑和孔率，實(shí)際 上并沒有達(dá)到增加微孔比表面積的效果，幾十次循環(huán)后，隨著活性物質(zhì)的膨脹和收縮，扎孔 很快封閉。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型提供了一種高比能長壽命的鉛酸電池透孔極板 及所組成的鉛酸電池，通過在極板上設(shè)置若干透孔，增加了極板的表面積從而提高活性物 質(zhì)利用率和延長電池的使用壽命。
[0007] 為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0008] -種高比能量長壽命的鉛酸電池透孔極板，極板內(nèi)分布許多透孔，透孔分布在板 柵的每個(gè)小柵格中間，且透孔的面積為單格活性物質(zhì)面積的10% - 30%。
[0009] 進(jìn)一步，所述極板由板柵和其上的活性物質(zhì)構(gòu)成，板柵包含若干柵格，保持膏狀活 性物質(zhì)較高視比重前提下，在板柵從涂膏到快速干燥的過程中，將板柵各柵格中間留下透 孔孔洞。
[0010] 進(jìn)一步，所述每一柵格對(duì)活性物質(zhì)設(shè)有一透孔，透孔中心位于柵格中心。
[0011] 進(jìn)一步，所述透孔為橢圓孔、圓孔、方孔、菱形孔、長方形孔。
[0012] -種鉛酸電池，包括透孔極板，電池灌注電解質(zhì)，透孔內(nèi)部被大量的電解質(zhì)填充， 當(dāng)活性物質(zhì)膨脹、收縮時(shí)，透孔極板的透孔孔洞提供活性物質(zhì)延展的空間，削弱活性物質(zhì)膨 脹對(duì)板柵造成拉伸。
[0013] 進(jìn)一步，鉛酸電池在充放電過程中，極板的透孔內(nèi)壁參與電化學(xué)反應(yīng)的厚度超過 1mm，大大增加了活性物質(zhì)的利用率。
[0014] 本實(shí)用新型的關(guān)鍵在于，保持正極鉛膏的視比重，保持負(fù)極鉛膏的視比重，讓極板 活性物質(zhì)足夠結(jié)實(shí)。為了提高活性物質(zhì)的利用率，在極板涂膏到快速干燥的過程中，讓極板 的板柵小格中間留下空洞，這就大大增加了極板的表面積。本實(shí)用新型透孔極板可以讓正 極的活性物質(zhì)利用率提高8-25%，負(fù)極的活性物質(zhì)利用率提高10-35%，電池壽命延長一倍 以上。
【附圖說明】
[00?5]圖1是現(xiàn)有極板示意圖。
[0016] 圖2是本實(shí)用新型極板示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017] 下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明：
[0018] 實(shí)施例:請(qǐng)參閱圖2,一種高比能量長壽命的鉛酸電池透孔極板A，包括板柵2,板柵 2內(nèi)包含若干柵格，柵格內(nèi)填充活性物質(zhì)且留下透孔，即柵格內(nèi)形成透孔，且透孔的面積為 單格活性物質(zhì)面積的10% - 30%。上述透孔極板A由板柵2和其上的活性物質(zhì)3構(gòu)成，板柵2 上設(shè)有若干柵格，在板柵涂膏到快速干燥的過程中，將板柵各柵格中間留下透孔孔洞。每一 柵格對(duì)應(yīng)設(shè)有一透孔100,透孔100中心位于柵格中心。透孔100可以是橢圓孔、圓孔、方孔、 菱形孔或長方形孔。
[0019] -種鉛酸電池，包括透孔極板A，電池灌注電解質(zhì)，透孔內(nèi)部被大量的電解質(zhì)填充， 當(dāng)活性物質(zhì)放電膨脹或充電收縮時(shí)，透孔極板的透孔孔洞提供活性物質(zhì)延展的空間，削弱 活性物質(zhì)膨脹對(duì)板柵造成的內(nèi)應(yīng)力。鉛酸電池在充放電過程中，透孔內(nèi)壁參與電化學(xué)反應(yīng) 的厚度超過1mm，大大增加了活性物質(zhì)的利用率。
[0020] 鉛酸電池由極板、隔板、外殼、稀硫酸電解質(zhì)、端子等構(gòu)成。極板是鉛酸蓄電池的電 化學(xué)反應(yīng)和能量儲(chǔ)存場(chǎng)所。極板有板柵和活性物質(zhì)構(gòu)成，板柵的主要功能是支撐活性物質(zhì) 和導(dǎo)電的作用，充電態(tài)的正極活性物質(zhì)是二氧化鉛，放電態(tài)的正板活性物質(zhì)是硫酸鉛;充電 態(tài)的負(fù)板活性物質(zhì)是海綿狀鉛，放電態(tài)的負(fù)板活性物質(zhì)是硫酸鉛。
[0021] 正極活性物質(zhì)由充電態(tài)轉(zhuǎn)化為放電態(tài)，活性物質(zhì)由二氧化鉛轉(zhuǎn)化成硫酸鉛的過 程，活物質(zhì)的體積膨脹，極板表面的小孔縮小，導(dǎo)致稀硫酸中的硫酸根離子無法順暢進(jìn)入極 板內(nèi)部進(jìn)行轉(zhuǎn)化，放電結(jié)束。因此，正極的活性物質(zhì)利用率比較低，動(dòng)力型電池的活性物質(zhì) 利用率一般為30%，起動(dòng)型電池的活性物質(zhì)利用率一般不超過38%，固定性電池的活物利 用率更低。
[0022] 負(fù)極活性物質(zhì)由充電態(tài)的海綿鉛，在放電過程中轉(zhuǎn)化成硫酸鉛，體積膨脹，極板的 孔徑縮小，電解液中的硫酸根很難順利進(jìn)入極板內(nèi)部，放電過程終止。負(fù)板的活性物質(zhì)利用 率比正板略高，但都不超過40 %。
[0023]本實(shí)用新型的關(guān)鍵在于，保持正極鉛膏的視比重，保持負(fù)極鉛膏的視比重，讓極板 足夠結(jié)實(shí)。為了提高活性物質(zhì)的利用率，在極板涂膏到快速干燥的過程中，讓極板的板柵小 格中間留下空洞，這就大大增加了極板的表面積。
[0024]圖1是普通極板結(jié)構(gòu)示意圖，極耳Γ、板柵邊框2'、活性物質(zhì)3'，圖2是本實(shí)用新型 透孔極板示意圖，極耳1，活性物質(zhì)3,透孔100,板柵2,板柵2周邊形成邊框，圖2的透孔極板 和圖1的普通極板對(duì)比，透孔極板增加了極板的表面積。電池灌注電解質(zhì)，尤其是灌注膠體 電解質(zhì)后，透孔內(nèi)部將被大量的膠體電解質(zhì)填充，在充放電過程中，透孔內(nèi)壁參與電化學(xué)反 應(yīng)的厚度超過1_，這就大大增加了活性物質(zhì)的利用率。
[0025]實(shí)踐證明，透孔極板可以讓正極的活性物質(zhì)利用率提高8-25%，負(fù)極的活性物質(zhì) 利用率提高10-35%，電池壽命延長一倍以上。
[0026]以電動(dòng)車電池6-DZM- 12為例進(jìn)行說明。極板高度72.5mm，寬度45mm，正極厚度 2.5mm，負(fù)極厚度1.8mm，隔板厚度1. 1mm，化成后電解液比重1.38Kg/dm2。依照常規(guī)工藝電池 的初始容量以6A放電，終止電壓10.5V/12V，放電時(shí)間130min。正極活性物質(zhì)利用率為29%， 負(fù)極活性物質(zhì)利用率為35%。當(dāng)其他條件相同，把極板做成透孔極板后，活性物質(zhì)的利用率 得到提高，且電池的循環(huán)壽命得到延長。
[0028] 通過八個(gè)實(shí)施案例的比較，6-DZM-12電動(dòng)車電池，透孔為2mmX 3mm的橢圓，活性 物質(zhì)利用率最高，且循環(huán)壽命最長。透孔尺寸為1mm的圓形，在100次100 %D0D后，小孔閉合， 和普通電池沒有兩樣。實(shí)施案例八，透孔尺寸太大，雖然活性物質(zhì)利用率提高，壽命卻明顯 縮短。
[0029] 根據(jù)實(shí)施案例，得到以下結(jié)論：
[0030] 1、橢圓形的透孔可以達(dá)到最佳的容量和壽命效果，圓形透孔其次，方形透空不利 于循環(huán)壽命；
[0031] 2、透孔的面積為單格活性物質(zhì)面積的10% - 30%為合適，超過這個(gè)比例，活性物 質(zhì)利用率得到提高，但使用壽命縮短。
[0032]以上為6-DZM - 12的實(shí)施案例，本實(shí)用新型的原理適用于其他任何型號(hào)，任何用途 的鉛酸電池，透空的尺寸包含但不限制于上述的形狀、尺寸和比例。
[0033]以上所記載，僅為利用本創(chuàng)作技術(shù)內(nèi)容的實(shí)施例，任何熟悉本項(xiàng)技藝者運(yùn)用本創(chuàng) 作所做的修飾、變化，皆屬本創(chuàng)作主張的專利范圍，而不限于實(shí)施例所揭示者。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種高比能量、長壽命的鉛酸電池透孔極板，其特征在于：極板內(nèi)分布許多透孔，透 孔分布在板柵的每個(gè)小柵格中間，且透孔的面積為單格活性物質(zhì)面積的10% - 30%。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高比能量、長壽命的鉛酸電池透孔極板，其特征在于:所述極 板由板柵和其上的活性物質(zhì)構(gòu)成，板柵上設(shè)有若干柵格，保持膏狀活性物質(zhì)足夠視比重的 前提下，在板柵從涂膏到快速干燥的過程中，將板柵各柵格中間留下透孔孔洞。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的高比能量、長壽命的鉛酸電池透孔極板，其特征在于:所述每 一柵格對(duì)應(yīng)設(shè)有一透孔，透孔中心位于柵格中心。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高比能量、長壽命的鉛酸電池透孔極板，其特征在于:所述透 孔為橢圓孔、圓孔、方孔、菱形孔、長方形孔。5. -種鉛酸電池，其特征在于:包括權(quán)利要求1至4之一所述的高比能量、長壽命的鉛酸 電池透孔極板，電池灌注電解質(zhì)，透孔內(nèi)部被大量的電解質(zhì)填充。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的鉛酸電池，其特征在于:所述極板的透孔內(nèi)壁參與電化學(xué)反應(yīng) 的厚度超過Imm從而增加了活性物質(zhì)的利用率。
【文檔編號(hào)】H01M4/14GK205543050SQ201620012289
【公開日】2016年8月31日
【申請(qǐng)日】2016年1月7日
【發(fā)明人】陳振富
【申請(qǐng)人】廈門馬特高科新能源有限公司